神經(jīng)導(dǎo)航中穩(wěn)定的無(wú)標(biāo)記配準(zhǔn)的相關(guān)研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、手術(shù)導(dǎo)航能夠?yàn)槲?chuàng)介入治療提供必要的技術(shù)支持，隨著 CT和MRI的發(fā)展，它逐漸成為神經(jīng)外科手術(shù)必須進(jìn)行的常規(guī)步驟。在這個(gè)過(guò)程中，術(shù)前規(guī)劃與術(shù)中病人的配準(zhǔn)是必須的一步?，F(xiàn)有的大多數(shù)配準(zhǔn)系統(tǒng)都是利用標(biāo)記點(diǎn)配準(zhǔn)方法，但是人工標(biāo)記點(diǎn)的配準(zhǔn)方法需要額外的手術(shù)操作，解剖標(biāo)記點(diǎn)的配準(zhǔn)方法很難在病人的不同模態(tài)影像中識(shí)別出同一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的位置，因此不精確。對(duì)此，很多人已經(jīng)開(kāi)發(fā)了無(wú)標(biāo)記點(diǎn)配準(zhǔn)系統(tǒng)，但是它們或者需要對(duì)面部進(jìn)行人工采樣，容易受到主觀的影響且耗時(shí)；

2、或者非常昂貴，難以搭建。上述問(wèn)題限制了它們?cè)谂R床上的使用。
　　為了輔助醫(yī)生更便捷的完成神經(jīng)外科導(dǎo)航配準(zhǔn)的工作，本文研發(fā)了一個(gè)新的無(wú)標(biāo)記點(diǎn)的自動(dòng)配準(zhǔn)系統(tǒng)。針對(duì)神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航，它不需任何標(biāo)記點(diǎn)便可自動(dòng)將術(shù)中病人配準(zhǔn)到術(shù)前影像。其主要的目的是為了避免臨床醫(yī)生累贅的術(shù)前準(zhǔn)備階段的工作。其中的重點(diǎn)是針對(duì)術(shù)中病人，快速的重建術(shù)中病人的面部，并精確地對(duì)齊到術(shù)前影像上。
　　在重建病人面部過(guò)程中，常規(guī)的激光掃描的方法難以快速便捷的獲得面

3、部的完整信息。我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)快速三維表面重建模塊，它利用投影儀向病人面部投影三幅經(jīng)過(guò)編碼的灰度條紋圖像及一幅單棋盤(pán)格圖像，相機(jī)捕捉這些經(jīng)過(guò)病人面部高度調(diào)制的單棋盤(pán)格圖像和條紋圖像，通過(guò)相位測(cè)量輪廓術(shù)（PMP）等技術(shù)重建病人的三維面部。在術(shù)中重建面部與術(shù)前影像分割面部的配準(zhǔn)中，傳統(tǒng)的迭代最近點(diǎn)算法（ICP）和相干點(diǎn)漂移算法（CPD）速度過(guò)慢。本文提出了一個(gè)利用尺度不變特征變換（SIFT）算法的配準(zhǔn)方法。該方法首先使用二維深度圖代替三維圖像

4、，并從深度圖中計(jì)算出高斯曲率圖；然后在先驗(yàn)知識(shí)的約束下，通過(guò)SIFT方法從高斯曲率圖中提取對(duì)應(yīng)點(diǎn)；最后通過(guò)普朗克分析方法配準(zhǔn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)術(shù)中病人和術(shù)前影像的配準(zhǔn)。
　　本文研發(fā)的神經(jīng)外科導(dǎo)航中自動(dòng)無(wú)標(biāo)記配準(zhǔn)系統(tǒng)通過(guò)十組真人實(shí)驗(yàn)和一組模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本文研發(fā)的系統(tǒng)能夠快速重建術(shù)中面部，并穩(wěn)定和精確地對(duì)齊到術(shù)前影像中，滿足神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航的配準(zhǔn)需求。實(shí)驗(yàn)中利用ICP、CPD和我們的配準(zhǔn)方法得到的術(shù)中重建面部和

5、術(shù)前影像中分割出來(lái)的面部之間的平均對(duì)稱表面距離分別為2.24±0.53 mm、2.18±0.41 mm和2.30±0.69 mm。平均花費(fèi)的時(shí)間分別為343.46 s、3847.56 s、0.58 s。實(shí)驗(yàn)表明，本文研發(fā)的系統(tǒng)在滿足配準(zhǔn)精度的前提下，能夠顯著提高配準(zhǔn)效率，降低臨床醫(yī)生在術(shù)前準(zhǔn)備階段的負(fù)擔(dān)。此外，為了評(píng)估我們配準(zhǔn)方法的穩(wěn)定性，分別在數(shù)據(jù)缺損、尺度不一致和存在噪聲的條件下執(zhí)行我們的方法，發(fā)現(xiàn)仍能獲得很好的配準(zhǔn)結(jié)果。本文提出的